光合作用是植物、藻类和某些细菌利用光能将二氧化碳和水转化为有机物（如葡萄糖）并释放氧气的过程，其核心包括光反应（捕获光能生成ATP和NADPH）和暗反应（卡尔文循环固定碳）两大阶段。 这一过程不仅是地球能量流动的基础，还维持了大气中氧与二氧化碳的平衡，直接影响农业产量和生态系统的稳定性。
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光反应：能量转换的关键
光反应发生在叶绿体的类囊体膜上，依赖光合色素（如叶绿素a、b和类胡萝卜素）吸收光能。光系统Ⅱ（PSⅡ）分解水分子释放氧气，并传递电子至光系统Ⅰ（PSⅠ），最终生成ATP和NADPH。水光解产生的氧气是地球大气氧的主要来源，而电子传递链形成的质子梯度驱动ATP合成，为暗反应提供能量。 -
暗反应：碳固定的精密工厂
暗反应在叶绿体基质中进行，利用光反应产生的ATP和NADPH，通过卡尔文循环将二氧化碳固定为三碳化合物（3-磷酸甘油酸），最终合成葡萄糖等有机物。RuBP羧化酶是地球上最丰富的酶，其效率直接影响光合速率。部分中间产物还可转化为淀粉或蔗糖，分别储存在叶绿体或运输到其他器官。 -
影响因素与调控机制
光照强度、二氧化碳浓度和温度是影响光合速率的主要外部因素。光补偿点是光合与呼吸速率平衡的临界值，而光饱和点则决定最大效率。叶绿体通过非光化学淬灭（NPQ）调节多余光能，避免光损伤。农业中通过合理密植、补充红光/蓝光或调控CO₂浓度可显著提升作物产量。 -
生态与农业意义
光合作用每年固定约10¹⁷千卡太阳能，支撑全球食物链。农作物干物质的90%-95%来自光合产物，优化这一过程是应对粮食危机的关键。例如，C₄植物（如玉米）通过空间分离碳固定提升效率，而CAM植物（如仙人掌）则在干旱环境下夜间固定碳以节水。
理解光合作用的机制不仅揭示生命如何利用太阳能，也为可持续农业和新能源技术提供灵感。从实验室到农田，每一次效率提升都可能改写未来的资源格局。